【正文】 ，在所有零件結(jié)構(gòu)中，Φ8直線光軸和懸掛著送絲機構(gòu)的2020GW鋁型材是最容易出現(xiàn)斷裂，折彎的地方，所以本設計主要的CAE分析對象就是Φ8直線光軸和懸掛著送絲機構(gòu)的2020GW鋁型材。 Ansys有限元分析過程有限元分析主要要經(jīng)過前處理、有限元分析、后處理這三大過程，本節(jié)主要以校核Φ8直線光軸所受的應力和變形為例來介紹說明Ansys分析的整個過程。 前處理前處理主要是對工程或產(chǎn)品進行建模，建立合理的有限元分析模型，具體步驟如下：第一步：導出模型。先將已建好模型的SolidWorks文件導出為Ansys軟件能識別的文件格式，（見圖31）。圖31 將SolidWorks原模型文件轉(zhuǎn)化為Parasolid文件第二步：導入模型。，點擊File控件，修改PlotCtrl—Style—Solid Model Facet將Style Of Area And Volume Plots的屬性更改成Normal Faceting，再點擊Plot，選擇Volume，得到Φ8直線光軸的Ansys實體模型（見圖32）。見圖32 Φ8直線光軸的Ansys實體模型第三步：設定分析模塊。點擊Preference，進行優(yōu)選項的設置，由于本次畢業(yè)設計只涉及力學結(jié)構(gòu)性能的分析，所以只選擇Structural選項即可（見圖33）。圖33 設置優(yōu)選項設置第四步：設定單元類型相應選項。在預處理器中，設定單元類型。點擊Preprocessor，選擇Element Type的Add/Edit/Delete，選擇Solid brick 20 node 186 ，點擊OK（見圖34）。圖34設定單元類型第五步：定義材料屬性。點擊Preprocessor里的Material Models，選擇Structure—Elastic—Isotropic，設置材料的彈性模量和泊松比。由于設計所選用的Φ8直線光軸的材料是優(yōu)質(zhì)碳素鋼45鋼，且根據(jù)表23可知45鋼的彈性模量為210000MPa。最后將數(shù)據(jù)依次填入EX與RPXY表格中（見圖35）。圖35定義材料屬性第六步：對幾何模型劃分網(wǎng)格。點擊Preprocessor里的Meshtool，選擇Smart Size，細分等級選擇6級，Mesh下拉框選擇Volumes，選擇Φ8直線光軸實體（見圖36），再點擊Mesh，將導入的Φ8直線光軸實體智能網(wǎng)格化處理，最后得到網(wǎng)格的化Φ8直線光軸模型（見圖37）。圖36對幾何模型劃分網(wǎng)格圖37 網(wǎng)格化的Φ8直線光軸模型 有限元分析有限元分析的過程在前處理之后，它主要是對有限元模型進行單元特性分析、有限元單元組裝、有限元系統(tǒng)求解和有限元結(jié)果生成，具體步驟如下。第一步：添加約束條件。在求解器中設定模型的約束條件，由于直線光軸在簡易3D打印機中兩端是固定的，所以在Ansys中Φ8直線光軸的兩個端面就是需要約束的對象。點擊Solution，選擇Apply—Structure—On Areas，選擇Φ8直線光軸的兩個端面（見圖3圖39），通過ALL DOF指令將這兩個端面完全約束（見圖310）。圖38 選擇Φ8直線光軸一約束平面圖39 選擇Φ8直線光軸另一約束平面圖310 建立完全約束第二步：施加載荷。在設定完約束條件后，緊接著對Φ8直線光軸施加應力載荷。由于在3D打印機中Φ8直線光軸主要承受的是簡易3D打印機打印機構(gòu)的動載荷，不宜求解，所以簡化數(shù)學模型，將問題轉(zhuǎn)化成求解最易受折彎的地方的靜態(tài)壓應力分析。點擊Pressure—On Nodes，選取Φ8直線光軸中部一半的曲面作為應力作用范圍（見圖311），再點擊OK完成載荷的設置（見圖312）。圖311 應力作用范圍圖312 設定壓應力的值第三步：運算求解。設定完約束條件和負載后，就可以對模型進行運算求解。點擊Solve，選擇Current LS，單擊OK完成求解過程（見圖313，圖314）。圖313 進行運算求解圖314 運算求解完成 后處理后處理：根據(jù)工程或產(chǎn)品模型與設計要求，對有限元分析結(jié)果進行用戶所要求的加工、檢查，并以圖形方式提供給用戶，輔助用戶判定計算結(jié)果與設計方案的合理性，具體如下。[10]第一步：觀察應力形變圖。點擊Genral Postroc，選擇Plot Result—Deformed Shape，選擇保留原模型和形變后的模型的應力形變圖，得到如下的Φ8直線光軸應力形變圖（見圖315）。圖315 Φ8直線光軸應力形變圖根據(jù)圖315顯示，可以知道DHX=103 mm 。第二步：觀察應力云圖。選擇Contour PlotNodal Solu里的von Mises stress，得到Φ8直線光軸的應力云圖（見圖316）。圖316 Φ8直線光軸應力云圖根據(jù)圖316應力云圖的結(jié)果，可知SMN= MPa，SMX= MPa， MPa， MPa。第三步:數(shù)據(jù)分析。根據(jù)上述數(shù)據(jù)， MPa， MPa，根據(jù)45鋼的力學性能參數(shù)表(見表23)的數(shù)據(jù)可知，45鋼的Φ8直線光軸符合條件，故設計符合要求。另外對2020GW鋁型材的應力分析如下（2020GW鋁型材所受負載圖見圖312020GW鋁型材的應力變形圖見圖312020GW鋁型材的應力云圖見圖319）：圖317 2020GW鋁型材所受負載圖圖318 2020GW鋁型材的應力變形圖圖319 2020GW鋁型材的應力云圖2020GW鋁型材的分析結(jié)果：根據(jù)圖31圖319可知，2020GW鋁型材的DMX=108 mm，SMN=104 MPa、SMX= MPa，108 mm，104 MPa， MPa。根據(jù)鋁型材性能參數(shù)表（見表21）可知，6063T5的2020GW鋁型材符合條件，故設計符合要求。結(jié)論本次畢業(yè)設計主要完成了簡易3D打印機整體結(jié)構(gòu)的設計并且基于CAE技術(shù)完成了簡易3D打印機重要結(jié)構(gòu)部件的有限元分析和參數(shù)校核，具體結(jié)論如下：（1） 確定了簡易3D打印機整體結(jié)構(gòu)設計，打印機整體框架為三角洲型，完成了簡易3D打印機底座的設計、頂框的設計、支架的設計、送絲機構(gòu)的設計以及打印機構(gòu)的設計。（2） 確定了設計中所用標準件的規(guī)格選型，其中包括：框架型材為2020GW6063T鋁型材；支架為45鋼的Φ8直線光軸；擠出機齒輪為MK8黃銅齒輪；擠出機及動力元件所使用的步進電機為42BYGH47401A步進電機；選用的同步帶和同步輪為MXL型號；滾動軸承為628/8型深溝球軸承；直線軸承為LM8LUU型直線軸承；散熱風扇為DFS300612H型散熱風扇；。確定了PLA材料的非標準件，其中包括：底座角件、頂框角件、擠出機座、滑動座、萬向節(jié)、推桿、中心平臺、噴頭座等PLA非標準件。（3）確定了簡易3D打印機的控制系統(tǒng)，通過X、Y、Z三個工作塔上步進電機的聯(lián)動使打印機構(gòu)在X、Y、Z三個軸的方向上同時運動，使3D打印機可以在一個160mm160mm170mm圓柱空間內(nèi)完成打印工作。（4）根據(jù)CAE分析所得到的45鋼Φ8直線光軸和2020GW6063T鋁型材的變形圖和應力云圖，發(fā)現(xiàn)其所受的應力和變形量都極小，結(jié)合他們材料的屬性得出設計符合要求。本次畢業(yè)設計的簡易3D打印機，它的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，價格經(jīng)濟，空間友好，即使在比較小的空間下也能夠?qū)崿F(xiàn)3D模型的快速成型（即3D打印），這樣可以讓3D打印機更好地走向在家庭或者辦公室，為日后的學習、娛樂和工作提供了一個新的思路。結(jié)合本次畢業(yè)設計和3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢，對于未來3D打印機的展望，我認為將來可以設計一種基于激光追蹤反饋閉環(huán)系統(tǒng)的3D打印機，這種打印機可以在打印過程中可以根據(jù)所讀取的模型信息與打印現(xiàn)實工況對打印機構(gòu)進行微調(diào)整，使3D打印機的精度再提高一成，得到更加精確完整的模型。致謝參考文獻[1]利普森，：從想象到現(xiàn)實[M].北京:中信出版社，2013年[2]李小麗,馬劍雄,李萍,陳琪,周偉民. 3D打印技術(shù)及應用趨勢[J]. 自動化儀表,2014,01:15.[3]王隆太,[M].北京:機械工業(yè)出版社,2014年[4][J]. 數(shù)碼印刷,2011,10:6467.[5][J]. 中國高新技術(shù)企業(yè),2012,26:35.[6][M].北京：高等教育出版社，2011年[7][M].北京:化學工業(yè)出版社，2008年[8][楊鼎寧，鄒經(jīng)湘，(CAE)及其發(fā)展[J]. 力學與實踐,2005,03:716.[9]趙恒華,[J]. 制造業(yè)自動化,2004,05:2023.[10][J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2013,13:147148.[11]S. Bischoff, D. Pavic, and L. Kobbelt, Automatic Restoration of Polygon Models[J],ACM Transactions on Graphics, 2005,24(4):13321352 [12]T. Ju, Fixing Geometric Errors on Polygonal Models: A Survey[J],Journal of Computer and Science Technology, 2009，24（1）：1929